JP2003214203A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

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JP2003214203A
JP2003214203A JP2002012924A JP2002012924A JP2003214203A JP 2003214203 A JP2003214203 A JP 2003214203A JP 2002012924 A JP2002012924 A JP 2002012924A JP 2002012924 A JP2002012924 A JP 2002012924A JP 2003214203 A JP2003214203 A JP 2003214203A
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control
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intake
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Wakichi Kondo
和吉 近藤
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、吸入空気量を可変バルブリフト機
構を備えた内燃機関において、エンジン自動始動時にバ
ッテリの電圧が低下してもエンジンから発生するエミッ
ションが悪化することを抑制することを目的とする。 【解決手段】 図7(c)に示すようにバッテリ電圧が
電圧判定値KVBATよりも小さい場合には吸気バルブ
28の可変リフト制御を禁止する。これにより、バッテ
リ電圧が低下した場合には、可変リフト制御を禁止する
ことによってエミッションが悪化することを抑制するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の吸気バ
ルブ又は吸排気の両バルブの開閉動作条件を可変して吸
入空気量を制御するようにした内燃機関の制御装置に関
するものである。
【0002】
【従来技術】従来より、燃費節減、排気エミッション低
減及び低騒音化を目的として、特開平8−193531
号公報等、種々の公報に開示されるエンジン自動停止・
始動装置がある。このエンジン自動停止・始動装置は、
例えば、車両の運転中において車両が停止し、且つその
他の所定条件が成立した場合にエンジンを自動的に停止
し、その後、運転者が車両を発進させようとする操作
(例えばブレーキ解除操作等)を行ったときにエンジン
を自動的に始動するようにしている。
【0003】一方、車両に搭載される内燃機関において
は、吸気バルブのリフト量等のバルブ開閉動作条件を連
続して可変する可変バルブ機構を設け、アクセル開度や
エンジン運転状態に応じてバルブ開閉動作条件を可変す
ることで、シリンダの吸入口の開口面積・開口時間を可
変して吸入空気量を制御することが提案されている。こ
の可変バルブ制御による吸入空気制御では、シリンダに
吸入される吸入空気量をシリンダの吸入口で直接制御で
きるので、従来のスロットルバルブ制御による吸入空気
量制御に比して、スロットルバルブからシリンダまでの
空気系の応答遅れがなく、吸入空気量制御の応答性が向
上すると共に、吸気通路をスロットルバルブで絞る必要
がないので、ポンピングロスを低減して燃費を向上でき
るという利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジン自
動停止・始動装置を備えるシステムでは、その自動停止
・始動が頻繁に行われる場合、車両に搭載されるバッテ
リの電圧が低下する可能性がある。特に、上述のような
吸入空気量を制御する可変バルブ機構を備える内燃機関
では、従来のスロットルバルブ制御に比して吸入空気量
の応答性が向上するために、目標バルブリフト量やバル
ブ開閉タイミングに対して高い精度で実バルブリフト量
やバルブ開閉タイミングを制御する必要がある。しかし
ながら、上述のようにバッテリの電圧が低下すると可変
バルブ機構の制御の応答性が悪化してしまう。
【0005】すなわち、バッテリの電圧が低下した場合
には、運転状態等により設定される目標バルブリフト量
やバルブ開閉タイミングに対して精度良く追従できず、
自動始動時に多量のエミッションを発生させてしまうと
いう課題がある。
【0006】従って、本発明は上述の課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、エンジン自動始動時にお
いて、バッテリの電圧が低下してもエンジンから発生す
るエミッションを抑制することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、請求項1の発明
によれば、自動始動制御手段により内燃機関が自動始動
された後に、バッテリ電圧駆動手段により検出されるバ
ッテリ電圧に基づいて可変バルブ制御手段による吸気バ
ルブおよび/または排気バルブのバルブを開閉制御を禁
止する可変バルブ制御禁止手段とを備えている。
【0008】これにより、エンジンが自動始動された後
にバッテリの電圧が低下した場合、吸気バルブおよび/
または排気バルブの制御応答性が悪化し、目標バルブリ
フト量やバルブ開閉タイミングに対して精度良く追従で
きなくとも、このときは吸気バルブおよび/または排気
バルブの制御を禁止して、バルブ位置を固定とすること
で目標吸入空気量を安定させてエミッションの悪化を抑
制することができる。
【0009】また、請求項2の発明のように、可変バル
ブ制御禁止手段は、バッテリ電圧が所定電圧となるまで
吸気バルブおよび/または排気バルブによる吸入空気量
制御を禁止すると良い。
【0010】これにより、請求項1の発明と同様にバッ
テリ電圧が所定電圧に回復するまでは吸気バルブおよび
/または排気バルブによる吸入空気量制御を禁止するの
で、バッテリ電圧が低下した状態での吸入空気量制御に
比してエミッションが悪化することが抑制される。
【0011】請求項1または請求項2の発明において、
請求項3の発明では、可変バルブ制御手段として、吸気
バルブおよび/または排気バルブのバルブリフト量をバ
ッテリ電圧を利用して可変に設定する手段を用いる。
【0012】電動でバルブリフト量を可変に設定し、吸
入空気量を制御する場合、特に内燃機関の燃焼室近傍で
吸入空気量を制御することができるので、スロットルバ
ルブでの吸入空気量制御に比して空気系の遅れを考慮し
なくて良いので精度の良い吸入空気量制御を実施でき
る。しかしながら、バッテリの電圧が低下したときには
吸気バルブおよび/または排気バルブの制御において応
答遅れが発生し、吸入空気量制御の精度が悪化し、エミ
ッションを悪化させてしまう。従って、バッテリの電圧
が低下した場合にはバルブリフト量を固定とすること
で、吸入空気量制御を禁止し、エミッションの悪化を抑
制することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。まず、図1を用いてエンジン制御
システムの全体概略構成図を説明する。内燃機関である
エンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリー
ナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に、
吸入空気量を検出するエアフローメータ14が設けられ
ている。また、このエアフローメータ14の下流側に
は、DCモータ等によって開度調節されるスロットルバ
ルブ15とスロットル開度を検出するスロットル開度セ
ンサ16とが設けられている。
【0014】更に、スロットルバルブ15の下流側に
は、サージタンク17が設けられ、このサージタンク1
7に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ18が設
けられている。また、サージタンク17には、エンジン
11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド19が
設けられ、各気筒の吸気マニホールド19の吸気ポート
近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁20が取り
付けられている。また、エンジン11のシリンダヘッド
には、各気筒毎に点火プラグ21が取りつけられ、各点
火プラグ21の火花放電によって筒内に供給された混合
気が着火される。
【0015】また、エンジン11の吸気バルブ28と排
気バルブ29には、それぞれバルブリフト量を可変する
可変バルブリフト機構30,31が設けられている。更
に、吸気バルブ28と排気バルブ29には、それぞれの
バルブタイミング(開閉タイミング)を可変する可変バ
ルブタイミング機構を設けるようにしても良い。
【0016】一方、エンジン11の排気管22には、排
出ガス中のCO,HC,NOx等を浄化するための三元
触媒等の触媒23が設けられ、この触媒23の上流側
に、排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出する空
燃比センサ24(リニア空燃比センサ、酸素センサ等)
が設けられている。また、エンジン11のシリンダブロ
ックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ25や、
エンジンの回転速度を検出するクランク角度センサ26
が取り付けられている。
【0017】これらの各種センサの出力は、エンジン制
御回路(以下「ECU」と表記する)27に入力され
る。このECU27は、マイクロコンピュータを主体と
して構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶さ
れた各種の制御プログラムを実行することで、エンジン
運転状態に応じて燃料噴射弁20の燃料噴射量や点火プ
ラグ21による点火時期を制御する。なお、ECU27
にはバッテリ41の電力が供給されている。
【0018】次に、図2乃至図5に基づいて吸気バルブ
28の可変バルブリフト機構30の構成を説明する。
尚、排気バルブ29の可変バルブリフト機構31は、吸
気バルブ28の可変バルブリフト機構30と実質的に同
一であるため、説明を省略する。
【0019】図2に示すように、吸気バルブ28を駆動
するためのカムシャフト32とロッカーアーム33との
間に、リンクアーム34が設けられ、このリンクアーム
34の上方に、ステッピングモータ(図示せず)で回転
駆動されるコントロールシャフト35が設けられてい
る。コントロールシャフト35には、偏心カム36が一
体的に回動可能に設けられ、この偏心カム36の軸心に
対して偏心した位置に、リンクアーム34が支持軸(図
示せず)を介して揺動可能に支持されている。このリン
クアーム34の中央部には、揺動カム38が設けられ、
この揺動カム38の側面が、カムシャフト32に設けら
れたカム37の外周面に当接している。また、リンクア
ーム34の下端部には、押圧カム39が設けられ、この
押圧カム39の下端面が、ロッカーアーム33の中央部
に設けられたローラ40の上端面に当接している。
【0020】これにより、カムシャフト32の回転によ
ってカム37が回転すると、そのカム37の外周面形状
に追従してリンクアーム34が左右に揺動すると、押圧
カム39が左右に揺動する。リンクアーム34が左右に
揺動すると、押圧カム39が左右に移動するため、押圧
カム39の下端面形状に応じてロッカーアーム33のロ
ーラ40が上下に移動して、ロッカーアーム33が上下
に揺動する。このロッカーアーム33の上下動によって
吸気バルブ28が上下動するようになっている。
【0021】一方、コントロールシャフト35の回転に
よって偏心カム36が回転すると、リンクアーム34の
支持軸の位置が移動して、リンクアーム34の押圧カム
39とロッカーアーム33のローラ40との初期の接触
点位置(図3、図4参照)が変化する。また、図2に示
すように、リンクアーム34の押圧カム39の下端面
は、左側部分にロッカーアーム33の押圧量が0(吸気
バルブ28のバルブリフト量が0)となるような曲率で
ベース曲面39aが形成され、このベース曲面39aか
ら右方に向かうに従ってロッカーアーム33の押圧量が
大きくなる(吸気バルブ28のバルブリフト量が大きく
なる)ような曲率で押圧曲面39bが形成されている。
【0022】図3に示すように、吸気バルブ28のバル
ブリフト量を大きくする高リフトモードの場合には、コ
ントロールシャフト35の回転によってリンクアーム3
4の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ40と
の初期の接触点位置を右方に移動させる。これにより、
カム37の回転によって押圧カム39が左右に移動した
ときに押圧カム39の下端面のうちローラ40に接触す
る区間が右方に移動するため、ロッカーアーム33の最
大押圧量が大きくなって吸気バルブ28の最大バルブリ
フト量が大きくなると共に、ロッカーアーム33が押圧
される期間が長くなって吸気バルブ28の開弁期間が長
くなる。
【0023】一方、図4に示すように、吸気バルブ28
のバルブリフト量を小さくする低リフトモードの場合に
は、コントロールシャフト35の回転によってリンクア
ーム34の押圧カム39とロッカーアーム33のローラ
40との初期の接触点位置を左方に移動させる。これに
より、カム37の回転によって押圧カム39が左右に移
動したときに押圧カム39の下端面のうちローラ40に
接触する区間が左方に移動するため、ロッカーアーム3
3の最大押圧量が小さくなって吸気バルブ28の最大バ
ルブリフト量が小さくなると共に、ロッカーアーム33
が押圧される期間が短くなって吸気バルブ28の開弁期
間が短くなる。
【0024】以上説明した可変バルブリフト機構30で
は、ステッピングモータでコントロールシャフト35を
回転させてリンクアーム34の押圧カム39とロッカー
アーム33のローラ40との初期の接触点位置を連続的
に移動させれば、図5に示すように、吸気バルブ28の
最大バルブリフト量と開弁期間を連続的に可変すること
ができる。
【0025】ECU27は、ROMに記憶された可変バ
ルブリフト制御プログラム(図示せず)を実行すること
で、アクセル開度やエンジン運転状態等に基づいて吸気
バルブ28と排気バルブ29の可変バルブリフト機構3
0,31を制御して、吸気バルブ28と排気バルブ29
の可変バルブリフト量を連続的に可変して吸入空気量を
制御する可変バルブ制御手段として機能する。尚、可変
バルブリフト機構30,31と可変バルブタイミング機
構を併用したシステムの場合には、バルブリフト量とバ
ルブタイミングの両方を連続して可変して吸入空気量を
制御するようにしても良い。
【0026】また、ECU27は、ROMに記憶された
自動停止制御プログラム(図示せず)を実行すること
で、エンジン運転中に所定の自動停止条件が成立したと
きに、エンジン11を自動的に停止する。なお、このと
き同時に可変バルブリフト機構30,31を再始動に適
した位置に設定する。
【0027】ECU27は、このエンジン11が自動停
止されたことに伴ってROMに記憶された図6の自動始
動制御プログラムを実行する。この図6のプログラムは
図示しないタイマ等のカウント値に基づいて、所定期間
毎に繰り返し実行される処理である。まず、このプログ
ラムが起動されるとステップS100にてエンジン再始
動条件が成立しているか否かが判定される。ここでエン
ジン再始動条件とは自動始動を開始する条件であり、マ
ニュアルトランスミッション搭載車(MT車)の場合に
は、例えば、次の〜の条件を全て満たすことであ
る。
【0028】車速が0km/h、つまり車両停止状態
であること クラッチペダル(図示省略)が踏み込まれていること ブレーキペダル(図示省略)が踏み込まれていること 尚、自動始動条件は適宜変更しても良く、オートマチッ
クトランスミッション搭載車(AT車)の場合には、例
えば、ブレーキペダルが踏み込まれた状態でシフトレバ
ーがドライブレンジ等にシフト操作されたときに、自動
始動条件が成立するようにしても良い。要するに、AT
車,MT車のいずれの場合であっても、運転者が車両を
発進させるための何らかの操作を行ったと判断できる状
態になったときに、再始動条件が成立するようにすれば
良い。
【0029】ステップS100の判定において、この3
つの条件が1つでも満たされない場合には、そのまま本
ルーチンを終了する。一方、この3つの条件が満たされ
た場合には、ステップS100の判定は肯定(YES)
されて、ステップS200へ進む。ステップS200で
は、車両に搭載されるバッテリ41の電圧値を出力信号
とし、電圧判定値KVBATを比較する。
【0030】ここで、電圧判定値KVBATは、次の理
由により設定される値である。バッテリ電圧が低いため
に、コントロールシャフト35を回転させるためのステ
ッピングモータへの電圧が十分ではない場合、運転状態
等に基づいてバルブリフト制御を実行してもステッピン
グモータの応答性が低下することとなる。そして、ステ
ッピングモータの応答性が低下することによりコントロ
ールシャフト35の回動が遅くなってしまい、目標バル
ブリフト量へ追従できずに目標吸入空気量を得られず、
エミッションが悪化してしまう。従って、電圧判定値K
VBATはこのような不都合が生じるバッテリ電圧を判
定するための値として設定されている。
【0031】ステップS200にて、バッテリ電圧が電
圧判定値KVBAT以上である場合には、ステップS2
00の判定が否定(NO)されてステップS300とス
テップS400との処理を実行する。これらの処理では
バッテリの電圧が十分であるので、再始動直後から可変
バルブリフト量制御を実行する。まず、ステップS30
0では、目標吸排気バルブ位置を算出する。目標吸排気
バルブ位置とは、吸気バルブ28と排気バルブ29のエ
ンジン再始動時の目標バルブリフト量のことであり、再
始動時の運転条件(例えば冷却水温、油温、吸気温、外
気温、エンジン停止時間等)に応じてマップ又は数式等
によって設定するようにしても良い。
【0032】そして、このように目標バルブリフト量を
設定すると、ステップS400にて、可変バルブリフト
制御を実行して、吸気バルブ28と排気バルブ29のバ
ルブリフト量が、それぞれエンジン再始動時の目標バル
ブリフト量となるように、吸気バルブ28と排気バルブ
29の可変バルブリフト機構30,31を制御して、本
ルーチンを終了する。
【0033】一方、ステップS200にてバッテリ電圧
が電圧判定値KVBATよりも小さい場合には、ステッ
プS200の判定が否定(NO)されてステップS50
0に進む。ステップS500では、前述したステップS
300,ステップS400の可変リフト量制御を禁止し
て、ステップS600に進む。ステップS600では、
目標となる吸入空気量を算出し、燃焼室内に供給される
吸入空気量が目標吸入空気量となるように、再始動時の
運転条件(例えば冷却水温、油温、吸気温、外気温、エ
ンジン停止時間等)に応じてマップ又は数式等によって
スロットルバルブ15を駆動制御して本ルーチンを終了
する。
【0034】このように、バッテリ電圧が電圧判定値K
VBATよりも小さい場合には、吸気バルブ28による
吸入空気量制御を禁止して、スロットルバルブ15によ
る制御を実行する。
【0035】次に、本実施の形態の動作例を図7に示す
タイムチャートを用いて説明する。図7(a)に示すア
イドルストップ実行フラグとは、エンジンを自動停止・
再始動を示すフラグである。まず、時刻T1にてアイド
ルストップ実行フラグがONされると、燃料噴射制御や
点火制御等を停止してエンジンを自動停止する。する
と、図7(b)に示すようにエンジン回転速度NEが時
刻T2に0rpmとなる。また、図7(d)に示すよう
に時刻T1においてスロットルバルブを開度を全閉位置
に戻す。
【0036】時刻T2では、エンジン回転速度NEが0
rpmとなったことによりエンジンが停止したことを受
けて、図7(d)に示すように吸気バルブ28のリフト
量をエンジン11の再始動に適したリフト量となるよう
に可変リフト機構30を設定する。そして、時刻T3に
て吸気バルブ28のリフト量が再始動に適した位置に設
定されると、図7(f)に示すように可変リフト制御の
実行フラグがOFFとなる。
【0037】そして、時刻T4になり、ドライバの要求
によりエンジンが自動始動されると、例えば、図7
(g)に示すようにスタータフラグがONとなると、図
7(a)のアイドルストップ実行フラグがOFFされる
ことによりエンジン11の再始動が開始される。本実施
の形態では、このとき図7(c)に示すようにバッテリ
電圧が電圧判定値KVBATよりも小さい場合には吸気
バルブ28の可変リフト制御を禁止すると共に、図7
(e)に示すようにスロットルバルブ15による吸入空
気量制御を実行する。そして、時刻T6にて、バッテリ
電圧が電圧判定値KVBAT以上になると、スロットル
バルブ15を所定の開度に固定し、吸気バルブ28の可
変リフト量制御による吸入空気量制御を実行し、これに
よって応答性のよい吸入空気量制御を実施することがで
きる。
【0038】以上のようにバッテリ電圧が電圧判定値K
VBATよりも小さい場合には、可変リフト量制御を禁
止して、可変リフト量制御による吸入空気量制御を禁止
する。これにより、バッテリ電圧が低下して可変リフト
制御による制御精度が低下した場合であっても、可変リ
フト機構30,31を固定にするので、エミッションの
悪化を抑制することができる。
【0039】本実施の形態において、可変バルブ制御手
段は図6のフローチャートのステップS300とステッ
プS400に、自動始動制御手段は図6のフローチャー
トのステップS100にて所定の条件が成立したときに
エンジン11を自動的に始動する手段に、バッテリ電圧
検出手段はECU27に入力されるバッテリ41からの
電圧値を検出する手段に、可変バルブ制御禁止手段は図
6のフローチャートのステップS500に、スロットル
バルブ制御手段は図6のフローチャートのステップS6
00に、それぞれ相当し機能する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システ
ム全体の概略構成図
【図2】可変バルブリフト機構の正面図
【図3】可変バルブリフト機構の高リフトモード時の動
作を説明するための図
【図4】可変バルブリフト機構の低リフトモード時の動
作を説明するための図
【図5】可変バルブリフト機構によるバルブリフト量の
連続可変動作を説明するためのバルブリフト特性図
【図6】再始動制御プログラムの処理の流れを示すフロ
ーチャート
【図7】本実施の形態の動作例を示すタイムチャート
【符号の説明】
11…エンジン(内燃機関)、 15…スロットルバルブ、 20…燃料噴射弁、 21…点火プラグ、 26…クランク角度センサ、 27…ECU、 28…吸気バルブ、 29…排気バルブ、 30,31…可変バルブリフト機構、 32…カムシャフト、 33…ロッカーアーム、 34…リンクアーム、 35…コントロールシャフト、 36…偏心カム、 37…カム、 41…バッテリ。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 41/06 320 F02D 41/06 320 Fターム(参考) 3G092 AA01 AA11 AC03 DA01 DA02 DA05 DG03 DG08 EA14 EC09 FA15 GA01 HA01X HA01Z HA05Z HA06Z HA13X HE01Z HE03Z HF02Z 3G093 AA01 AA04 BA20 CA01 CB01 DA01 DA05 DA13 DB05 DB10 DB15 EA15 3G301 HA01 HA19 HA26 JA21 KA01 LA03 LA07 LB03 LC04 NC02 ND01 NE16 PA01Z PA07Z PA11Z PE01Z PE03Z PE08Z PF01Z PF03Z PF05Z PF06Z PG01Z

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の運転状態に応じて吸気バルブ
    および/または排気バルブのバルブ開閉作動を車両に搭
    載されるバッテリの電圧を利用して可変すると共に、前
    記バルブ開閉作動により少なくとも内燃機関の燃焼室内
    に供給する吸入空気量を制御する可変バルブ制御手段
    と、 内燃機関の自動停止中に所定の再始動条件が成立したと
    きに内燃機関を自動始動する自動始動制御手段とを備え
    た内燃機関の制御装置において、 前記バッテリの電圧を検出するバッテリ電圧検出手段
    と、 前記自動始動制御手段により内燃機関が自動始動された
    後に、前記バッテリ電圧検出手段により検出されるバッ
    テリ電圧値に基づいて前記可変バルブ制御手段による前
    記吸気バルブおよび/または前記排気バルブの可変制御
    を禁止する可変バルブ制御禁止手段とを備えていること
    を特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記可変バルブ制御禁止手段は、前記バ
    ッテリ電圧検出手段により検出される前記バッテリ電圧
    が所定電圧となるまで前記吸気バルブおよび/または排
    気バルブによる吸入空気量制御を禁止することを特徴と
    する請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 【請求項3】 前記可変バルブ制御手段は、前記吸気バ
    ルブおよび/または排気バルブのバルブリフト量を前記
    バッテリ電圧を利用して可変に設定する手段であること
    を特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれか一方に記
    載の内燃機関の制御装置。
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